Review 2 多高层房屋结构设计

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1、多层及高层房屋结构设计目录 第1章 多层框架结构 1.1 多层框架结构的组成与布置 1.2 框架结构内力与侧移计算的近似计算方法1.2.1 概述与计算简图1.2.2 竖向荷载作用下的分层法1.2.3 水平荷载作用下的反弯点法和D值法1.2.4 框架结构侧移计算及限值 1.3 多层框架内力组合 1.4 无抗震设防要求时框架结构构件设计 1.5 框架结构构件抗震设计(6学时)1.5.1 框架结构的延性1.5.2 框架结构抗震设计的一般规定1.5.3 框架梁的抗震设计1.5.4 框架柱的抗震设计1.5.5 框架节点的抗震设计目录 第2章 高层建筑结构 2.1 高层建筑的定义和发展 2.2 高层建筑结

2、构体系与布置一般原则 2.3 高层建筑结构上的作用，受力特点及相关要求 2.4 剪力墙结构2.4.1 单榀剪力墙分配的剪力2.4.2 剪力墙的受力特点与分类2.4.3 整截面剪力墙及整体小开口剪力墙内力与位移计算2.4.4 双肢剪力墙内力与位移计算2.4.5 壁式框架剪力墙内力与位移计算2.4.6 剪力墙截面设计及构造要求 2.5 框架-剪力墙2.5.1 框架-剪力墙组成及受力特点2.5.2 框架-剪力墙的计算2.5.3 框架-剪力墙的结构布置、截面设计及构造要求第第1 1章章 多层框架结构多层框架结构1.1 1.1 多层框架结构的组成与布置多层框架结构的组成与布置1.1.1 1.1.1 多层

3、框架结构的组成多层框架结构的组成框架结构由框架结构由梁、柱梁、柱和和节点节点（梁柱节点和支座）组成。（梁柱节点和支座）组成。1.1.2 1.1.2 多层框架结构布置多层框架结构布置二、承重框架布置根据楼盖的布置方式及竖向荷载传递途径，承重框架的布置有以下 三种：横向框架承重 、纵向框架承重 .纵横向框架混合承重 三、变形缝布置 非地震区建筑物变形缝有伸缩缝（又称温度缝）和沉降缝，在地震区还需设置防震 缝； 在非地震区的沉降缝可兼作伸缩缝，仅设防震缝时，基础可不分开，但在基础处应 加强连接构造 。一、框架结构内力计算方法 主要介绍框架结构近似手算方法，包括：竖向荷载作用下的分层法，水平荷载作用下

4、的反弯点法和D值法。 1.2.1 框架结构内力计算方法与计算简图1.2 1.2 框架结构内力与侧移计算的近似计算方法框架结构内力与侧移计算的近似计算方法（二）框架的计算简图节点简化：现浇钢筋混凝土节点常简化为刚性节点。5. 框架构件的抗弯刚度EI：框架结构的内力和侧移计算前必须先计算梁、柱截面惯性矩，但应考虑楼板的影响。梁节点附近，楼板受拉，楼板对梁的截面抗弯刚度影响较小，在梁跨中，楼板受压，影响较大，但为了方便设计，假定梁I沿轴线不变。现浇楼盖：中框架取I=2.0I。边框架取I=1.5I。装配整体：中框架取I=1.5I。边框架取I=1.2I。装配式： 框架取I=I。图 框架结构的刚度取值 （

5、三）荷载计算 作用于框架结构上的荷载有竖向荷载和水平荷载。 竖向荷载包括恒载和活载，一般为分布荷载，有时也为集中荷载。 水平荷载包括风荷载和水平地震作用，一般简化为节点水平集中力。3 风荷载1)风荷载定义：空气流动形成的风遇到建筑物时，就在建筑物表面产生压力或吸 力，这种风力作用称为风。风荷载与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面 高度，及建筑体型等诸因素有关。2）风荷载的标准值说明：按上式计算的风载，再按节点负载面积换算为节点集中力 ；高层混凝土规程的补充规定高层混凝土规程的补充规定多层及高层房屋的风荷载 考虑风振的情形(1) H30m、H/B(窄边宽度)1.5同时满足(2) 自振周期T10

6、.25s的高耸结构(3) 跨度36m的屋盖高层建筑自振周期的确定荷载规范风荷载的等效换算例题 1.七层楼房的风荷载计算 条件：某七层框架结构如图所示，基本风压为 ，地面粗糙度为A类。 要求：在图示风向作用下，房屋横向各楼层的风力标准值。2. 十层楼房的风荷载计算条件：某10层现浇钢筋混凝土结构框架剪力墙办公楼，平面及剖面如图如图所示， 当地基本风压为0.7kNm2，地面粗糙度为A类。 要求：建筑物各楼层的风力标准值。4 水平地震作用水平地震作用计算方法有：底部剪力法、振型分解反应谱法、时程分析法。建筑抗震设计规范规定：高度不超过40m、以剪力变形为主且质量和刚度 沿高度分布较均匀结构，可采用底

7、部剪力法计算。其计算方法：(1) 底部剪力（地震影响系数由地震影响系数曲线上查得）(图1.12) (2) 各质点水平地震作用标 准值及各楼层水平地震层间 剪力：(图1.13) 1.2.2 竖向荷载作用下的分层法一、分层法的计算假定1) 在竖向荷载作用下，多层多 跨框架的侧侧移忽略不计计； 2) 每层梁上的荷载对其他各层 梁的影响忽略不计；根据叠加原理，多层多跨框 架在多层竖向荷载作用同时作 用下的内力，可视作各层竖向 荷载单独作用下的内力叠加。 即将框架的各层梁及上下柱作 为独立计算单元分层进行计算 ，分层计算所得的梁内弯矩为 梁在该荷载作用下的最后弯矩 ；每一柱的柱端弯矩取上下两 层计算所得

8、弯矩和。(图1.14)分层法适合于节点梁柱线刚线刚 度比不小于3.0的结构及竖向荷 载沿高度分布均匀的多层框架 结构。 1.2.3 水平荷载作用下的反弯点法和D值法 1. 风或地震对框架结构的水平作用，一般可简化为作用于框架节点上的水平 力。其定性的弯矩图(图1.19)为：各杆的弯矩图是直线形，且一般都有一个 反弯点.2. 反弯点定义：柱上弯矩为0的点。3. 求出各柱反弯点位置及各柱分配到的层间剪力，则各梁、柱的内力很容易 计算。二、D值法(修正的反弯点法) 反弯点法中首先假定(1)梁柱线刚度比为无穷大;(2) 柱的反弯点高度为一定值.虽 然简化了计算，但也带来了误差。 在实际结构中，梁柱线刚

9、度比较接近，在抗震设计中可能梁的线刚度小于柱的线 刚度，框架节点对柱的约束为弹性支座，不为固端(强柱弱梁），因此柱的侧移刚度 (D)应修正，不仅与柱线刚度(ic)和层高(h)有关，还与梁的线刚度(ib)有关；柱的反弯 点(y.h)与梁柱线刚度比(ib/ic)、上下层梁线刚度比(ibj+1/ibj)、上下层(hj+1,hj)高变化等 有关。日本武藤清教授对反弯点法进行了修正。改进了柱的侧向刚度和反弯点高度的计 算方法。1) 修正后的柱抗侧刚度D式中反映了梁柱线 刚度比值对柱侧向 刚度的影响。按表 3.6.2选用。当框架横梁的线刚度无穷大时，K趋近于无穷大， 趋近于1，这即是 反弯点法所假设的情况

10、。2.1 高层建筑的定义与发展一、高层建筑的定义 第第2 2章章 高层建筑结构高层建筑结构我国高层建筑混凝土结构技术规程JGJ 32010（简称“高规”）中规 定：10层及10层以上或房屋高度大于28m的建筑物为高层建筑。 1972年召开的国际高层建筑会议上，建议把高层建筑划分为四类： 第四类高层：40层以上(或高度超过100m)；2.2 高层建筑结构体系与布置一般原则 一、高层建筑结构体系 结构体系有框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体和板柱-剪力墙几种结构体系。 二、高层建筑结构布置的一般原则1 平面布置 我国高规给出的钢筋混凝土高层建筑抗震平面布置的要求是：（1）平面宜简单、规则、对称，减少

11、偏心；（2）平面长度不宜过长，突出部分长度l不宜过大；L、l等值满足限值要求；（3）不宜采用角部重叠的平面图形或细腰形平面图形。2 竖向布置 高层建筑的竖向体型宜规则、均匀，避免过大外挑或内收。结构的侧向刚度宜 上小下大、逐渐均匀变化。结构沿竖向的强度宜均匀、连续、无突变。避免错层 和局部夹层。22.3 高层建筑结构上的作用荷载，受力特点及相关要求 一、高层建筑结构上的作用荷载高层建筑结构设计中荷载及作用的计算方法与其他结构设计相同，如竖向荷载 （恒载、活载）和水平作用（风荷载、水平地震作用），与前面多层框架结构类 似。二、高层建筑结构受力特点 高层建筑结构受力特点与多层建筑结构的主要区别是：

12、 q 侧向力为影响结构内力、变形及造价的主要因素。 q 随层数的增加，柱子轴向变形和构件截面剪切变形对结构内力与位移的影 响不可忽略。高层建筑结构的轴力、弯矩和变形如图所示。三、高层建筑结构侧向位移的限制包括正常使用条件下水平位移限制和罕遇地震作用下抗震变形验算。1 正常使用条件下水平位移限制在正常使用条件下，高层建筑结构应处于弹性状态，并具有足够的刚度，避免产生 过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用要求。高规规定：按弹性方法计 算的楼层层间最大位移与层高之比uh宜符合以下规定： (1) 高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比u/h从不宜大 于下表的限值；结构类型u/

13、h限值 框架1/550 框架-剪力墙、框架-核心筒、板柱剪力墙1/800 筒中筒、剪力墙1/1000 框支层1/1000(2) 高度等于或大于250m的高层建筑,楼层层间最大位移与层高之比u/h不 宜大于1/500； (3) 高度在150250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比 u/h的限值按第1款和第2款的限值线性插入取用。2.4.2 剪力墙的受力特点与分类剪力墙时常设有洞口（如门窗洞口或结构洞口），将剪力墙分为墙肢和连梁。根 据墙肢刚度与连梁刚度比、洞口的大小常将剪力墙分为四类：i.整体剪力墙：没有门窗洞或只 有少量很小的洞口（洞口面积 与剪力墙面积之比16%）。 ii.整体小

14、开口剪力墙：16%洞 口面积与剪力墙面积之比 25%。 iii.双肢剪力墙:剪力墙上开有一 列或多列洞口，且洞口尺寸相 对较大，剪力墙的受力相当于 通过洞口之间的连梁连在一起 的一系列墙肢。 iv. 壁式框架：联肢墙中，如果开 洞增大，使得墙肢刚度较弱， 连梁刚度相对较强时，剪力墙 的受力特征接近框架。2.4 2.4 剪力墙结构剪力墙结构2 墙肢的受力特点与计算方法 （1）没有门窗洞口或只有很小的洞口，可以忽咯洞口的影响。这类剪力墙实际是一个整体的悬臂墙，符合平截面假定，正应力为直线规律分布，可按材料力学公式计算应力，这种墙叫整体剪力墙（图a）；（2）当门窗洞口稍大一些，墙肢应力中已出现局部弯

15、矩（图b），但局部弯矩的值不超过整体弯矩的15，可以认为截面变形大体上仍符合平截面假定，仍按材料力学公式计算应力，然后加以适当的修正。这种墙叫整体小开口剪力墙。（3）开有一排较大洞口的剪力墙叫双肢剪力墙（图c），开有多排较大洞口的剪力墙叫多肢剪力墙（图d）。由干洞口开得较太，截面的整体性已经破坏。正应力分布较直线规律差别较大。这时可采用连续化方法求解，其优点是可得到解析解，且精度基本满足要求。不足之处在于，假定条件较多，使用范围受限。（4）如果剪力墙洞口更大，且属于连梁刚度很大、墙肢刚度较弱的情况，已接近框架的受力特性，称为壁式框架。可采用修正D值法进行计算。2.4.6 剪力墙截面设计 q 剪

16、力墙在竖向荷载和水平荷载作用下，在墙肢和连梁内将产生轴力、弯矩和剪力。q 在进行剪力墙截面设计时：A. 墙肢按偏心受压或偏心受拉构件，分别进行(1)正截面及(2)斜截面承载力计算。B. 连梁可按受弯构件计算，由于楼盖结构的作用，连梁内的轴力可忽略不计。C. 对处于小偏心受压状态墙肢，尚应按轴心受压构件验算其墙体平面外稳定性。D. 在集中荷载作用下，墙内无暗柱时还应验算其局部受压承载力。E. 在地震区，剪力墙除了必须保证有足够的承载力外，特别应保证有足够的延性， 以提高整个结构的抗震性能。F. 剪力墙墙肢常考虑翼缘的作用，在框架-剪力墙结构中，剪力墙常与梁柱连成一体，形成带连框剪力墙。因此，剪力墙墙肢常按T形或I形截面进行设计。墙肢连梁正截面承载力计算斜截面承载力计算正截面承载力计算斜截面承载力计算设计内容一、框架剪力墙结构的变形与受力特征1. 在框架-剪力墙结构中，框架和剪力